鹽漬土地基風積沙換填技術應用研究

王 博

（新疆維吾爾自治區交通規劃勘察設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

風積沙是沙漠地區的沙被風沙流搬移形成沙丘而產生的，具有水穩定性好、沉降均勻、受季節影響小等特點［1］。我國新疆地區風積沙儲量豐富，取材方便，利用風積沙填筑路基既可以治理沙害，還可以變廢為寶，解決路基填料的難題，是一種性價比較高的路基處治的方法［2］。目前，利用風積沙改造路基應用廣泛，但相關理論還缺乏系統性。新疆G216線五彩灣至大黃山段高速公路穿越古爾班通古特沙漠，存在大量的風積沙路段和鹽漬土路段，可利用風積沙填筑路基隔斷路基鹽分上升，避免鹽漬土路基出現翻漿失穩、路面龜裂、溶陷等公路病害，從而達到合理選材、節約工程造價、保護環境的目的［3］。本文對該鹽漬土地基風積沙換填技術進行探討。

1 工程地質概況

G216線五彩灣至大黃山段高速公路主線全長96．31km，其中五彩灣至沙洲生態園段（K476＋500～K516＋800）穿越古爾班通古特沙漠東部。該區域的沙丘多數為固定、半固定沙丘，半固定沙丘達15%～25%，沙丘多呈北西向310°～330°展布的壟狀、鏈狀及少量新月狀沙丘，在壟狀沙丘之間存在同向的風蝕洼地。地層主要為第四系風積相的細砂、中砂、粉土等，松散～稍密，地基承載力基本容許值為150～250 kPa。

研究區域沿線大部分段落有石膏、芒硝結晶和泛鹽痕跡，地表蓬松，泛白，耐堿植物較多。地基土鹽漬土分類主要為氯鹽、亞氯鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽。地表主要以中鹽漬土為主，鹽漬化程度較重。該地區鹽漬土按成因方式不同可劃分為兩類：一類為地下水毛細水蒸發產生的鹽漬土；另一類為洪積鹽漬土。

2 風積沙的技術特性

風積沙主要由巖屑、長石和石英三種顆粒組成，其總含量一般達90%以上。風積沙顆粒組成很細且單一均勻，粘聚力很小，保水性較差，易溶鹽含量少，呈微堿性，本身無腐蝕性，壓縮變形小，在保水狀態下最易壓實，主要特征為［4］：

（1）透水性好。風積沙顆粒細且均勻，其滲透系數一般為0．75×10－3～1．1×10－3cm／s，具有良好的透水性，沙粒表面對水幾乎沒有物理吸附作用，使沙漠表層土常處于干燥狀態。

（2）沉降均勻。風積沙顆粒均勻性好并且具有良好的透水性，所以使用風積沙換填的路基沉降均勻。

（3）不易形成整體。風積沙屬砂性土，受風蝕作用顆粒被磨圓，顆粒間粘結力差，在施工時不易形成整體。

（4）壓實效果好。風積沙在壓路機振動力的作用下，顆粒自身重力作用能夠克服顆粒之間的內摩擦力和粘結力，可達到較高的密實度［5］。

經現場勘測和試驗，得到古爾班通古特沙漠風積沙的力學特性和技術指標：顏色為淡黃色，礦物以石英砂為主，顆粒較均一。地層垂直深度在40m內，含水率及干密度變化不明顯，含水率在1%左右，干密度在1．58～1．62g／cm3之間。風積沙的含鹽量低，易溶鹽含量平均0．55%，主要為硫酸鹽、亞硫酸鹽。最優含水量為11．9%～13．6%，孔隙比為0．57～0．75，濕陷系數為0．012～0．048，抗剪強度 ＝32°，C＝9 kPa，滲透系數為3～10cm／s。

3 風積沙換填方案設計

換填法是將基礎底面下一定范圍內的軟弱土層清除，分層置換強度較高的礫石層材料，并壓實至要求的密實度。換填主要處理表層0～3m的軟弱土，因此一般選擇地下水位較深，軟弱土層＞3m的地段進行換填。根據項目實際情況，采用風積沙進行換填。對風積沙要控制粘粒含量，保證填料的透水性和強度，采用換填法處理時可同時配合土工織物增加地基強度和穩定性［6］。

古爾班通古特沙漠風積沙干密度與含水量關系密切，但在含水量較小時（≤10%）對干密度影響不大，在干燥狀態下具有較好的壓實性，對于干旱缺水地區，風積沙干密度越大，其沉降變形就越小，故干密度是該種土料的主要設計指標。

沙漠路段路基處理方案為：下路床采用風積沙填筑，上路床45cm采用礫石土填筑，路基邊坡采用厚30cm的礫石土進行邊坡坡面防護。在上、下路床間路基全斷面鋪設長絲機織土工布。路面結構設計如圖1所示。長絲機織土工布基本技術指標為：單位面積質量≥460g／m2；經向斷裂強度≥120kN／m，緯向斷裂強度≥84kN／m；經向拉伸斷裂伸長率≤35%，緯向拉伸斷裂伸長率≤30%；CBR頂破強度≥13．0kN；經、緯向撕破強力為1．7kN／m。土工布的其他技術指標應滿足GB／T 17640－2008的有關要求。

圖1 路面結構布置圖（cm）

4 風積沙路基填筑施工工藝

4．1 施工工藝流程

風積沙換填主要工序為：基底清理測量放線→填料前基底清理碾壓→基底檢測→拉運土方分層填筑→推土機攤土粗平→分格澆水→平地機整平→壓路機碾壓→質量檢測→下步工序施工。

4．1．1 清表

清表厚度：清表的基本要求是要將地表的草根、腐殖土、鹽漬土等雜質清除干凈，但不能超厚或欠厚清表，對于裸露沙漠表面可不清表，工程中清表厚度一般取30cm左右。清表方法：清表應根據地勢選擇合適的機械，對地勢平坦路段使用推土機清除表土，對坑洼較多的路段用挖機清除表土，施工分臺階進行，每層臺階寬2m以上、向內坡度為3%，施工順序由便道一側向另一側推進。清表土處理：對于清表處理產生的廢土必須進行處置，其中沙漠地段清表土可就地棄掉，用挖機將其堆碼整齊放置在路基坡腳處［7］。

4．1．2 虛鋪厚度

風積沙具有獨特的物理性質，其壓實一般采用水沉法。試驗表明，虛鋪厚度一般控制在30～40cm。路基填筑采用斷面全幅分層法逐層向上進行，先對路基兩側包邊礫石土施工，再進行中間路槽內風積沙的填筑。礫石包邊土卸料后用推土機推平，再在包邊土內側掛線進行人工整形、找平，最后進行灑水碾壓?？紤]到風積沙的工程特性，采用挖掘機配合裝載機推運風積沙填料的填筑方式進行。

4．1．3 碾壓

碾壓是風積沙填筑的關鍵步驟，也是路基施工中的難點。根據風積沙的物理性質和庫侖定律，如式（1）所示，因風積沙的粘聚力基本為0，只有增大內摩擦角才能獲得較大的抗剪強度，因此壓實是提高風積沙層抗剪強度的主要方法。

τf——風積沙抗剪強度；

σ——剪切面法向應力；

φ——內摩擦角；

C——粘聚力。

4．2 壓實度檢測

因風積沙路基填料性質較為特殊，用傳統的灌沙法、環刀法檢測其壓實度不是特別適合。目前，工程實踐中多采用一種改進的環刀法來檢測風積沙的壓實度。風積沙的壓實度檢測采用灑水環刀法，礫石包邊土的壓實度檢測采用灌沙法，壓實質量以壓實度控制。

在實測檢驗前需進行風積沙填筑的外觀檢測，主要項目有：路基表面是否平整；邊線是否直順；路基邊坡坡面是否平順；取土坑、棄土堆、護坡道是否恰當等。在外觀檢測基本符合要求的情況下進行路基壓實情況實測，檢測要求如表1所示［8］。

表1 風積沙填筑路基壓實度檢測要求表

4．3 防護工作

為防止風蝕現象，當路堤填至設計標高后，或有較長時間的停工時，必須采取有效措施對填筑的風積沙進行保護：

（1）封閉。封閉的區域是風積沙頂面和邊坡，封閉方法一般采用虛鋪厚15cm的黏土或砂礫進行全封閉。

（2）刷坡。風積沙地區路基分段完成后，要對路基和邊坡及時進行保護。路堤填至設計標高后，自上而下進行刷坡，刷坡下來的風積沙形成擋水埝，防止地表水流入路基范圍內；做好路基兩側的草方格防護、鋪砌卵礫石護坡等路基防護，路基邊坡坡腳漿砌片石防護和排水設施，保證路基、路床不受雨水沖刷；對路堤和路塹邊坡應采取有效措施，做到邊施工邊養護。

（3）土工布鋪設。為防止風蝕現象，風積沙頂面驗收合格后立即進行土工布鋪設及礫石土填筑。土工布的選擇及鋪設寬度根據具體段落確定，每卷土工布寬度為6m，單卷長100m，相鄰兩幅土工布間的搭接采用工業機縫制加寬，縫制搭接寬度按照50mm施工。施工期間，現場未用完的土工布應盡快遮蓋或挖坑掩埋，日照時間不得超過36h。

（4）礫石土填筑。礫石土對風積沙換填層具有良好的保護作用，其施工主要流程為：礫石土填筑→攤鋪平整→灑水→碾壓→壓實度檢測→邊坡防護。

4．4 風積沙換填常見問題及處理措施

4．4．1 灑水問題

施工時如果灑水不均勻、不徹底會影響風積沙填筑的壓實度。風積沙填筑的灑水方法也非常重要，現場灑水采取分格的方式，可保證灑水均勻，防止漏灑、過灑現象的發生。

4．4．2 環境污染問題

為盡量避免風積沙填筑帶來的環境污染，一般采用噸位大、車廂封閉好的自卸汽車運輸風積沙；在施工過程中，對風積沙及施工便道及時進行灑水濕潤，以防止揚塵現象發生。在設計方面，對取土場進行強制性規定，防止亂挖、超挖對環境造成的破壞。

4．4．3 滲水問題

風積沙路基填筑時如有滲水容易造成邊坡坡腳坍塌，嚴重影響交通。因此必須嚴格控制風積沙填筑路基的灑水量，并采取排水措施，保護路基坡腳和便道。

5 路基沉降分析

施工觀測主要以沉降觀測為主。路基在外荷載作用下，沉降量隨時間發展逐漸增大，經過瞬時沉降、固結沉降及次固結沉降最終達到穩定。沉降測點布設斷面一般在路堤中心及路肩，鹽漬土路段每200m布設一個斷面。本文以K516＋800～K517＋300鹽漬土路段為例進行監測分析，共設計3個觀測斷面，9個觀測點。在完成主體施工任務后開始首次沉降觀測。測點的沉降量集中在24～72mm范圍內，最大沉降量為72mm，發生在測點K516＋880左點處，曲線圖如圖2所示。

從圖2可知，該測點共觀測162d，約65d后沉降基本達到穩定，后期沉降均很小，沉降量在2mm以內。該斷面前期沉降較大，主要是受填土預壓等影響，使得軟弱土地基沉降較大，測點達到穩定時間較短，根據規范要求，處理后的沉降值累計不超過0．1m，而該點累計沉降為72mm，低于允許值0．1m，說明該處置方法已達到預期效果。

圖2 K516＋880（左）沉降曲線圖

6 結語

風積沙換填鹽漬土地基的效果與其工程力學的特性密切相關，尤其是風積沙的最大干密度和含水量，在換填前必須嚴格控制相關指標。在施工過程中，要注意風積沙填筑路基的灑水、滲水以及環境污染問題，采取合理有效的解決方案，確保風積沙路基的施工質量，并最大限度考慮環保因素。工程實踐表明，風積沙換填后沉降滿足規范要求，有效地保證了工程質量，降低了工程成本，提高了社會經濟效益，為沙漠地區公路建設提供了寶貴的施工參考經驗。